반도체 재료는 구리, 금 등과 같은 도전 체와 유리와 같은 절연체 사이에 떨어지는 전기 전도도 값을 갖는다. 그들의 저항은 온도가 올라감에 따라 감소하는데, 이것은 금속과 반대되는 거동이다. 그들의 전도 특성은 결정 구조에 불순물 ( “도핑”)을 의도적으로 제어 도입함으로써 유용한 방식으로 변경 될 수 있습니다. 두 개의 상이한 도핑 된 영역이 동일한 결정 내에 존재하는 경우, 반도체 접합이 생성된다. 이러한 접합부에서 전자, 이온 및 전자 구멍을 포함하는 전하 캐리어의 행동은 다이오드, 트랜지스터 및 모든 최신 전자 장치의 기본 요소입니다.

반도체 디바이스는 전류를 다른 방향보다 한 방향으로 더 쉽게 통과시키고 다양한 저항과 빛 또는 열에 대한 민감성을 보여주는 등의 유용한 특성을 표시 할 수 있습니다. 반도체 물질의 전기 특성은 도핑 또는 전기장 또는 빛의 적용에 의해 변형 될 수 있기 때문에 반도체로 제조 된 장치를 증폭, 스위칭 및 에너지 변환에 사용할 수 있습니다.

실리콘의 전도도는 5가 (안티몬, 인 또는 비소) 또는 3가 (붕소, 갈륨, 인듐) 원자 (108 부분)의 소량을 추가하여 증가합니다. 이 공정은 도핑 (doping)으로 알려져 있으며, 반도체는 도핑 된 또는 외부 반도체로 알려져 있습니다.

반도체의 특성에 대한 현대의 이해는 결정 격자에서 전하 캐리어의 이동을 설명하기 위해 양자 물리학에 의존합니다. 도핑은 결정 내 전하 캐리어의 수를 크게 증가시킵니다. 도핑 된 반도체가 주로 프리 홀을 포함 할 때 “p 형”이라고 불리우며, 주로 자유 전자를 포함 할 때 “n 형”으로 알려져 있습니다. 전자 장치에 사용되는 반도체 재료는 p- 및 n- 형 도펀트의 농도 및 영역을 제어하기 위해 정확한 조건하에 도핑된다. 단일 반도체 결정은 많은 p- 및 n- 형 영역을 가질 수있다. 이 영역들 사이의 p-n 접합부는 유용한 전기적 거동을 일으킨다.

일부 순수한 원소와 많은 화합물이 반도체 특성을 나타내지 만 실리콘, 게르마늄 및 갈륨 화합물은 전자 장치에서 가장 널리 사용됩니다. 주기율표에 위치하는 소위 “준 금속 계단 (metalloid staircase)”근처의 원소들은 일반적으로 반도체로 사용됩니다.

반도체 재료의 특성 중 일부는 20 세기 중반 19 세기 전반에 걸쳐 관찰되었습니다. 전자 공학에서 반도체의 첫 번째 실제 응용은 초기 라디오 수신기에서 널리 사용되는 원시 반도체 다이오드 인 고양이 위스커 (cat’s-whisker) 검출기의 1904 년 개발이었다. 양자 물리학의 발전으로 1947 년에 트랜지스터가 개발되었고 1958 년에 집적 회로가 개발되었습니다.

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가변 전도도
자연 상태의 반도체는 전류가 전자의 흐름을 필요로하기 때문에 불량한 도체이며 반도체는 원자가가 채워져 새로운 전자의 유입 흐름을 막습니다. 반도체 재료가 도핑 또는 게이팅과 같은 도전 재료처럼 거동 할 수있게하는 몇 가지 개발 된 기술이 있습니다. 이러한 변형에는 n 형과 p 형의 두 가지 결과가 있습니다. 이것은 각각 전자의 초과 또는 부족을 나타냅니다. 불균형 한 수의 전자는 물질을 통해 전류가 흐르게합니다.

헤테로 접합
헤테로 접합은 2 개의 서로 다른 도핑 된 반도체 물질이 함께 결합 될 때 발생한다. 예를 들어, 구성은 p- 도핑 된 게르마늄 및 n- 도핑 된 게르마늄으로 구성 될 수있다. 이것은 상이한 도핑 된 반도체 물질들 사이에 전자 및 홀을 교환하게한다. n- 도핑 된 게르마늄은 과도한 전자를 가질 것이고, p- 도핑 된 게르마늄은 과도한 홀을 가질 것이다. 전이는 재결합이라 불리는 과정에 의해 평형에 도달 할 때까지 발생하며, 이는 n 형으로부터의 이동하는 전자가 p 형으로부터의 이동하는 구멍과 접촉하게한다. 이 과정의 생성물은 전하를 낳는 전하를 띤 이온이다.

여기 된 전자들
반도체 물질에 대한 전위의 차이는 열적 평형 상태를 벗어나 비평 형 상황을 만들 수 있습니다. 이것은 양극성 확산이라고 불리는 과정을 통해 상호 작용하는 전자와 구멍을 시스템에 도입합니다. 열 평형이 반도체 물질에서 방해 될 때마다, 홀과 전자의 수는 변한다. 이러한 혼란은 시스템에 들어가서 전자와 구멍을 만들 수있는 온도차 또는 광자의 결과로 발생할 수 있습니다. 전자와 정공을 생성하고 소멸시키는 과정을 생성과 재결합이라고합니다.

발광
특정 반도체에서, 여기 된 전자는 열을 생성하는 대신 빛을 방출함으로써 완화 될 수 있습니다. 이 반도체는 발광 다이오드 및 형광 양자점의 구성에 사용됩니다.

열 에너지 변환
반도체는 열전기 발전기에서 유용하게 만드는 큰 열 전력 요소를 가지고 있으며 열전기 냉각기에서 유용하게 사용할 수있는 높은 열전 성능 지수를 가지고 있습니다.

기재
많은 수의 원소와 화합물은 다음과 같은 반도체 특성을 가지고 있습니다.

특정 순수 원소는 주기율표 14 족에서 발견됩니다. 가장 상업적으로 중요한 요소는 실리콘과 게르마늄입니다. 실리콘과 게르마늄은 가장 바깥 쪽 껍질에 4 개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 동시에 전자를 얻거나 잃을 수 있기 때문에 효과적으로 사용됩니다.
갈륨 아세 나이드, 12 족 및 16 족, 14 족 및 16 족 및 14 족 원소와 같은 2 족 화합물, 특히 13 족 및 15 족 원소 사이의 화합물. 실리콘 카바이드.
특정 삼원 화합물, 산화물 및 합금.
유기 화합물로 만들어진 유기 반도체.

가장 일반적인 반도체 재료는 결정 성 고체이지만, 비정질 및 액체 반도체도 알려져있다. 이들은 수소화 비정질 실리콘 및 비소, 셀레늄 및 텔루르의 혼합물을 다양한 비율로 포함한다. 이들 화합물은보다 잘 알려진 반도체와 중간 전도성 및 온도에 따른 전도율의 급격한 변화뿐만 아니라 때때로 부정적인 저항성을 공유합니다. 이러한 무질서 물질은 실리콘과 같은 종래의 반도체의 경질 결정 구조가 결여되어있다. 이들은 일반적으로 불순물 및 방사선 손상에 비교적 민감하지 않은 높은 전자 품질의 재료를 필요로하지 않는 박막 구조에 사용됩니다.

반도체 재료의 제조
오늘날의 전자 기술은 거의 모든 분야에서 반도체의 사용을 포함하며, 가장 중요한 측면은 랩톱, 스캐너, 휴대폰 등에서 발견되는 집적 회로 (IC)입니다. IC 용 반도체는 대량 생산됩니다. 이상적인 반도체 재료를 만들기 위해서는 화학적 순도가 가장 중요합니다. 작은 불완전 성은 물질이 사용되는 스케일로 인해 반도체 성 물질이 어떻게 작용하는지에 대한 극적인 효과를 가질 수 있습니다.

결정 구조의 결함 (전위, 쌍정 및 스태킹 결함)이 재료의 반도체 성질을 방해하기 때문에 고도의 결정 성 완벽이 요구된다. 결정 결함은 결함있는 반도체 소자의 주요 원인입니다. 결정이 클수록 필요한 완벽을 성취하는 것이 더 어렵습니다. 현재 대량 생산 공정은 직경이 100 ~ 300mm (3.9 ~ 11.8 인치) 인 크리스탈 잉곳을 실린더로 성장시키고 웨이퍼로 얇게 썬다.

IC 용 반도체 재료를 준비하는 데 사용되는 공정의 조합이 있습니다. 하나의 공정을 열 산화라고하며, 이는 실리콘 표면 상에 이산화 규소를 형성한다. 이것은 게이트 절연체 및 필드 산화물로 사용됩니다. 다른 프로세스를 포토 마스크 및 포토 리소그래피라고합니다. 이 프로세스는 집적 회로의 회로에 패턴을 생성합니다. 자외선은 포토 레지스트 층과 함께 사용되어 회로의 패턴을 생성하는 화학적 변화를 일으 킵니다.

에칭은 필요한 다음 공정입니다. 이전 단계에서 포토 레지스트 층에 의해 덮이지 않은 실리콘 부분을 이제 에칭 할 수 있습니다. 오늘날 일반적으로 사용되는 주요 공정을 플라즈마 에칭이라고합니다. 플라즈마 에칭은 일반적으로 플라즈마를 생성하기 위해 저압 챔버에서 펌핑 된 에칭 가스를 포함한다. 일반적인 식각 가스는 클로로 플루오로 카본, 또는보다 일반적으로 알려진 프레온 (Freon)입니다. 음극과 양극 사이의 높은 고주파 전압은 챔버 내에 플라즈마를 생성시키는 것이다. 실리콘 웨이퍼는 음극 위에 위치하여 플라즈마에서 방출되는 양전하를 띤 이온에 부딪치게됩니다. 최종 결과는 이방성으로 에칭 된 실리콘입니다.

마지막 과정은 확산이라고합니다. 이것은 반도체 재료에 원하는 반도체 특성을 부여하는 공정입니다. 그것은 도핑이라고도합니다. 이 과정은 시스템에 불순한 원자를 도입하여 p-n 접합을 만듭니다. 실리콘 웨이퍼에 매립 된 불순한 원자를 얻기 위해 웨이퍼를 섭씨 1,100 도의 챔버에 먼저 넣습니다. 원자는 주입되어 결국 실리콘으로 확산된다. 공정이 완료되고 실리콘이 실온에 도달 한 후, 도핑 공정이 완료되고 반도체 재료가 집적 회로에서 사용될 준비가된다.

반도체 물리학

에너지 밴드 및 전기 전도
반도체는 도체와 절연체 사이의 독특한 전기 전도 거동에 의해 정의됩니다. 이 물질들의 차이점은 전자의 양자 상태로 이해할 수 있는데, 각 전자는 0 또는 1 개의 전자를 포함 할 수있다 (Pauli 배타 원리에 의해). 이러한 상태는 재료의 전자 밴드 구조와 관련됩니다. 전기 전도성은 (물질을 통해 연장되는) 비편 각화 된 상태의 전자의 존재로 인해 발생하지만, 전자를 수송하기 위해서는 상태의 일부분 만 전자가 들어있는 상태로 채워야한다. 상태가 전자로 항상 점유되면 불활성 상태가되어 다른 전자의 통과를 차단합니다. 이 양자 상태의 에너지는 에너지가 페르미 준위 근처에있을 때만 부분적으로 채워지기 때문에 중요합니다 (Fermi-Dirac 통계 참조).

재료의 높은 전도성은 부분적으로 채워진 상태가 많이 있고 상태가 비 국적 인 상태에서 비롯됩니다. 금속은 좋은 전기 전도체이며, 페르미 준위 근처에서 에너지를 가진 부분적으로 채워진 많은 상태를 가지고 있습니다. 대조적으로, 절연체는 부분적으로 채워진 상태가 거의 없으며, 페르미 준위는 거의 존재하지 않는 밴드 갭 내에있다. 중요하게, 절연체는 그 온도를 증가시킴으로써 수행 될 수있다 : 가열은 밴드 갭을 가로 질러 일부 전자들을 촉진시키는 에너지를 제공하여 밴드 갭 (가전 자대) 아래의 상태 밴드들 및 상기 상태 밴드들 모두에서 부분적으로 채워진 상태들을 유도한다 밴드 갭 (전도대). (진성) 반도체는 절연체보다 작은 밴드 갭을 가지며, 실온에서 상당한 수의 전자가 여기되어 상기 밴드 갭을 가로 질러 갈 수있다.

그러나 순수한 반도체는 매우 좋은 절연체도 아니고 매우 우수한 도체도 아니기 때문에 그다지 유용하지 않습니다. 그러나 반도체 (및 일부 절연체, 반 절연체로 알려진)의 한 가지 중요한 특징은 불순물로 도핑하고 전기장으로 게이팅함으로써 전도성을 높이고 제어 할 수 있다는 것입니다. 도핑 및 게이팅은 전도 또는 원자가 밴드를 페르미 레벨에 훨씬 가깝게 이동시키고, 부분적으로 채워진 상태의 수를 크게 증가시킵니다.

일부 와이드 밴드 갭 반도체 재료는 때때로 반 절연체 (semi-insulator)라고도 불린다. 도핑되지 않은 경우, 이들은 전기 절연체의 전기 전도도에 더 가깝지만, 도핑 될 수있다 (반도체처럼 유용하게 만든다). 반 절연체 (semi-insulator)는 HEMT 용 기판과 같은 마이크로 일렉트로닉스에서 틈새 어플리케이션을 찾습니다. 일반적인 반 절연체의 예로 갈륨 비소가 있습니다. 이산화 티타늄과 같은 일부 재료는 다른 응용 분야에서 와이드 갭 반도체로 취급되는 동안 일부 응용 분야에서는 절연 재료로 사용될 수도 있습니다.

전하 캐리어 (전자 및 홀)
전도대 바닥에있는 상태를 부분적으로 채우는 것은 전자를 그 밴드에 추가하는 것으로 이해할 수 있습니다. 전자는 (자연적인 열 재조합으로 인해) 무기한 머 무르지 않지만 일정 시간 동안 움직일 수 있습니다. 전자의 실제 농도는 전형적으로 매우 희박하므로 금속과는 달리 반도체의 전도대에서 전자를 일종의 이상 기체로 생각할 수 있습니다. Pauli 배제 원칙. 대부분의 반도체에서 전도대는 파라볼 릭 분산 관계를 가지므로이 전자는 다른 효과적인 질량으로도 진공에서와 같이 힘 (전계, 자기장 등)에 반응합니다. 전자가 이상 기체처럼 행동하기 때문에 드루이드 (Drude) 모델과 같은 매우 단순한 조건에서 전도를 생각할 수 있으며 전자 이동성과 같은 개념을 도입 할 수 있습니다.

원자가 밴드의 상단에 부분적으로 채우기 위해, 전자 구멍의 개념을 도입하는 것이 도움이됩니다. 원자가 밴드의 전자가 항상 주위를 돌아 다니고 있지만 완전히 완전한 원자가 밴드는 불활성이며 전류를 전도하지 않습니다. 만약 전자가 원자가 밴드에서 꺼내 진다면, 전자가 정상적으로 취한 궤적은 이제 그 전하를 잃어 버리게된다. 전류의 목적을 위해, 전자를 뺀 전체 원자가 밴드의 이러한 결합은 전자와 같은 방식으로 움직이는 양전하를 띤 입자를 포함하는 완전히 비어있는 밴드의 그림으로 변환 될 수 있습니다. 원자가 밴드의 상단에서 전자의 음의 유효 질량과 결합하여, 정상적인 양전하를 띤 입자가 진공 상태에서하는 것처럼 전기장 및 자기장에 반응하는 양전하를 띤 입자의 그림에 도착합니다. 유효 질량. 이 입자는 구멍이라고 부르며, 원자가 밴드의 정공 집합은 단순한 고전적인 용어로 다시 이해할 수 있습니다 (전도대의 전자와 마찬가지로).

캐리어 생성 및 재조합
전리 방사선이 반도체에 닿으면 전자를 에너지 레벨에서 나오게하여 결과적으로 구멍을 남길 수 있습니다. 이 과정을 전자 – 홀 쌍 생성이라고합니다. 전자 – 홀 쌍은 외부 에너지 원이 없을 때 열 에너지로부터 끊임없이 생성됩니다.

전자 – 홀 쌍은 또한 재결합하기 쉽다. 에너지 보존은 전자가 밴드 갭보다 큰 양의 에너지를 잃는 이러한 재결합 사건이 열 에너지 (포논의 형태로) 또는 방사선 (포톤 형태로)의 방출을 동반 할 것을 요구한다.

일부 주에서는, 전자 – 홀 쌍의 생성 및 재조합이 평형 상태에있다. 주어진 온도에서 정상 상태의 전자 – 홀 쌍의 수는 양자 통계 역학에 의해 결정된다. 생성과 재결합의 정확한 양자 기계적 메커니즘은 에너지 보존과 운동량 보존에 의해 좌우됩니다.

전자와 정공이 함께 만나는 확률은 그 수의 곱에 비례하기 때문에, 주어진 온도에서 안정한 정상 상태에있다. 상당한 전기장이 없다면 (두 가지 유형의 캐리어를 “플러시 (flush) 또는 그들 중 더 많은 것을 포함하는 이웃 영역에서 그들을 만나기 위해 이동) 또는 외부 적으로 구동되는 쌍 생성. 온도에 따라 쌍을 생성하기에 충분한 열 에너지를 얻을 확률이 대략 exp (-EG / kT)인데, k는 볼츠만 상수, T는 절대 온도, EG는 밴드 갭이므로 온도의 함수이다. .

회의의 확률은 캐리어 트랩 (불순물 또는 전위가 전자 또는 구멍을 잡아 당겨 쌍이 완료 될 때까지 유지 될 수 있음)에 의해 증가합니다. 이러한 캐리어 트랩은 종종 정상 상태에 도달하는 데 필요한 시간을 줄이기 위해 의도적으로 추가됩니다.

도핑
반도체의 전도도는 결정 격자에 불순물을 도입함으로써 쉽게 변형 될 수 있습니다. 제어 된 불순물을 반도체에 첨가하는 공정은 도핑 (doping)으로 알려져있다. 진성 (순수한) 반도체에 첨가 된 불순물 또는 도펀트의 양은 전도도의 수준을 변화시킨다. 도핑 된 반도체는 외인성이라고합니다. 순수한 반도체에 불순물을 첨가함으로써, 전기 전도도는 수천 또는 수백만의 인자에 의해 변화 될 수있다.

금속 또는 반도체의 1cm3 시험편은 1022 개의 원자 수 준을 갖는다. 금속에서 모든 원자는 전도를 위해 적어도 하나의 자유 전자를 제공하므로 금속 1 cm3는 자유 전자 1022 개를 포함하는 반면, 20 cm에서 순수 게르마늄 시료 1 개는 4.2 x 1022 개의 원자를 포함하지만 2.5 × 1013 개의 자유 전자와 2.5 × 1013 개의 홀 비소 (불순물) 0.001 %를 더하면 같은 부피에 1017 개의 자유 전자가 생겨 전기 전도도가 10,000 배 증가합니다.

적절한 도판 트로서 선택된 재료는 도핑 될 재료와 도핑되는 재료의 원자 성질에 의존한다. 일반적으로, 원하는 제어 된 변화를 생성하는 도펀트는 전자 수용체 또는 공여체로 분류된다. 도너 불순물로 도핑 된 반도체는 n ​​형으로 불리는 반면, 불순물로 도핑 된 반도체는 p 형으로 알려져있다. n 및 p 유형 지정은 어떤 전하 캐리어가 재료의 다수 캐리어 역할을하는지 나타냅니다. 반대편 캐리어는 소수 캐리어로 불리며, 이는 다수 캐리어와 비교하여 훨씬 낮은 농도의 열적 여기 때문에 존재합니다.

예를 들어, 순수한 반도체 실리콘은 각각의 실리콘 원자를 이웃 한 원자와 결합시키는 4 개의 원자가 전자를 갖는다. 실리콘에서 가장 일반적인 도펀트는 III 족 및 V 족 원소이다. III 족 원소는 모두 3 가의 전자를 함유하고있어 실리콘을 도핑 할 때 억 셉터로 작용합니다. 억 셉터 원자가 결정의 실리콘 원자를 대체하면 빈 상태 (전자 “구멍”)가 생겨 격자 주위를 이동할 수 있고 전하 캐리어 역할을 할 수 있습니다. V 족 원소는 5 개의 원자가 전자를 가지므로 이들이 기증자 역할을 할 수있다. 실리콘에 대한 이들 원자의 치환은 여분의 자유 전자를 생성한다. 따라서, 붕소로 도핑 된 실리콘 결정은 p 형 반도체를 생성하는 반면, 인을 도핑 한 실리콘 결정은 n 형 물질을 생성한다.

제조 중에, 원하는 원소의 가스 화합물과의 접촉에 의해 도펀트가 반도체 본체 내로 확산 될 수 있거나, 이온 주입이 도핑 된 영역을 정확히 위치 시키는데 사용될 수있다.

반도체의 초기 역사
반도체에 대한 이해의 역사는 재료의 전기적 특성에 대한 실험으로 시작됩니다. 저항, 정류 및 감광도의 음의 온도 계수의 특성은 19 세기 초반부터 관찰되었습니다.

Thomas Johann Seebeck은 1821 년에 반도체로 인한 효과를 처음으로 발견했습니다. 1833 년 Michael Faraday는 황화은 시료가 가열 될 때 저항이 감소한다고보고했습니다. 이것은 구리와 같은 금속 물질의 거동에 반하는 것입니다. 1839 년 Alexandre Edmond Becquerel은 고체와 액체 전해질 사이의 전압, 즉 광전지 효과에 대한 관찰을보고했다. 1873 년 윌로우 스미스 (Willoughby Smith)는 셀레늄 저항기가 빛에 떨어질 때 셀레늄 저항기의 저항이 감소하는 것을 관찰했습니다. 1874 년 칼 페르디난트 브라운 (Karl Ferdinand Braun)은 금속 황화물에서 전도 및 정류를 관찰했으나, 1835 년 Annalen der Physik und Chemie의 Peter Munck af Rosenschold (Sv)가이 효과를 훨씬 일찍 발견했지만 Arthur Schuster는 구리 산화물 층이 와이어는 와이어를 청소할 때 중단되는 정류 특성을가집니다. William Grylls Adams와 Richard Evans Day는 1876 년에 셀레늄에서 광전지 효과를 관찰했습니다.

이러한 현상에 대한 통일 된 설명은 20 세기 초반에 크게 발전한 고체 물리학의 이론을 필요로했다. 1878 년 에드윈 허버트 홀 (Edwin Herbert Hall)은 적용된 자기장 (홀 효과)에 의해 흐르는 전하 캐리어의 편향을 시연했다. J.J.에 의한 전자의 발견. 1897 년 톰슨 (Thomson)은 솔리드로 전자 기반 전도 이론을 제시했습니다. Karl Baedeker는 금속에서와 반대 기호로 Hall 효과를 관찰함으로써 요오드화 구리가 양전하 캐리어를 가졌다 고 이론화했다. Johan Koenigsberger는 그의 학생 Josef Weiss가 1910 년 박사 학위 논문에서 Halbleiter (현대 의미의 반도체)라는 용어를 이미 도입했지만 1914 년에 금속, 절연체 및 “가변 도체”로 고체 물질을 분류했습니다. Felix Bloch는 원자를 통해 전자 이동 이론을 발표했습니다 격자에서 1928. 1930 년 B. Gudden은 반도체의 전도성은 불순물의 미세한 농도로 인한 것이라고 설명했다. 1931 년까지, 전도의 밴드 이론은 Alan Herries Wilson에 의해 확립되었으며 밴드 갭의 개념이 개발되었다. Walter H. Schottky와 Nevill Francis Mott은 잠재적 인 장벽과 금속 – 반도체 접합의 특성을 모델로 개발했습니다. 1938 년 Boris Davydov는 구리 산화물 정류기 이론을 개발하여 pn 접합의 영향과 소수 캐리어 및 표면 상태의 중요성을 확인했습니다.

양자 역학을 기반으로 한 이론적 예측과 실험 결과 사이의 합의는 때때로 가난했다. 이것은 John Bardeen이 극소의 불순물을 바탕으로 극적으로 변화하는 반도체의 극단적 인 “구조 민감성”거동으로 인해 나중에 설명되었습니다. 다양한 비율의 미량 오염물을 함유 한 상업적으로 순수한 1920 년대의 물질은 다른 실험 결과를 나타냈다. 이로 인해 개선 된 재료 정제 기술 개발이 촉진되어 현대적인 반도체 정제소에서 최고 수준의 부품 순도의 재료를 생산할 수있게되었습니다.

반도체를 사용하는 장치는 반도체 이론이보다 유능하고 신뢰성있는 장치의 구축에 대한 지침을 제공하기 전에 경험적 지식에 기초하여 처음 구성되었습니다.

알렉산더 그레이엄 벨 (Alexander Graham Bell)은 셀레늄의 빛에 민감한 특성을 이용하여 1880 년에 빛의 광선을 통해 소리를 전달했다. 효율성이 낮은 작업 태양 전지는 1883 년 찰스 프리츠 (Charles Fritts)가 셀레늄으로 코팅 한 금속판과 금; 이 장치는 1930 년대의 사진 조도 측정기에서 상업적으로 유용하게되었습니다. 납 설파이드로 만들어진 점 접촉 마이크로파 탐지기 정류기는 1904 년 Jagadish Chandra Bose에 의해 사용되었습니다. 자연 galena 또는 다른 물질을 사용하는 고양이 수염 모양 감지기는 라디오의 발전에서 공통적 인 장치가되었습니다. 그러나 작동시 예측할 수 없었으며 최상의 성능을 위해 수동으로 조정해야했습니다. 1906 년 H.J. Round는 전류가 실리콘 카바이드 결정을 통과 할 때 발광을 관찰했으며, 이는 발광 다이오드의 원리입니다. 올렉 로세브 (Oleg Losev)는 1922 년 비슷한 발광을 보였으 나 그 당시에는 효과가 전혀 없었다. 산화 구리와 셀레늄을 사용하는 전력 정류기는 1920 년대에 개발되어 진공관 정류기의 대안으로 상업적으로 중요하게되었습니다.

2 차 세계 대전 이전의 적외선 감지 및 통신 장치는 납 황화물 및 납 셀레늄 물질에 대한 연구를 촉진했습니다. 이 장치는 선박 및 항공기 탐지, 적외선 거리 측정기 및 음성 통신 시스템에 사용되었습니다. 사용 가능한 진공관 장치가 약 4000 MHz 이상의 탐지기로 사용될 수 없기 때문에 점 접촉 식 결정 검출기는 극초단파 무선 시스템에 필수적이었습니다. 첨단 레이더 시스템은 수정 감지기의 빠른 반응에 의존했습니다. 전쟁 중에 일관된 품질의 감지기를 개발하기 위해 상당한 양의 실리콘 재료 연구 및 개발이 이루어졌습니다.

감지기 및 전원 정류기는 신호를 증폭 할 수 없습니다. 솔리드 스테이트 앰프를 개발하기 위해 많은 노력을 기울였으며 20dB 이상을 증폭 할 수있는 점 접촉 트랜지스터라는 장치를 개발하는 데 성공했습니다. 1922 년 올렉 로세브 (Oleg Losev)는 라디오 용 2 단자, 네거티브 저항 앰프를 개발했으며, 성공적으로 완료 한 후 레닌 그라드 포위 공격에서 사망했습니다. 1926 년 줄리어스 에드가 릴리 엔펠드 (Julius Edgar Lilienfeld)는 현대의 전계 효과 트랜지스터와 유사한 소자를 특허했지만 실용적이지는 않았습니다. 1938 년 R. Hilsch와 R. W. Pohl은 진공관의 제어 그리드와 유사한 구조를 사용하는 고체 상태 증폭기를 시연했다. 장치가 전력 이득을 표시했지만 초당 1 사이클의 컷오프 주파수를 가졌지 만 실용적인 응용 프로그램에는 너무 낮았지 만 이용 가능한 이론을 효과적으로 적용했습니다. Bell Labs에서 윌리엄 쇼클리 (William Shockley)와 A. 홀든 (Holden)은 1938 년에 고체 상태 증폭기를 연구하기 시작했습니다. 실리콘의 첫 번째 p-n 접합부는 1941 년 Russell Ohl에 의해 관찰되었습니다. 시편은 빛에 민감하고 예리한 경계 한 쪽 끝의 p 형 불순물과 다른 쪽 끝의 n 형 불순물 사이에 존재한다. p-n 경계에서 시편에서 잘라낸 조각이 빛에 노출되면 전압이 발생했습니다.

프랑스에서는 전쟁 중 허버트 마타레 (Herbert Mataré)가 게르마늄베이스에 인접한 점 접촉점 사이의 증폭을 관찰했습니다. 전쟁이 끝난 후, Mataré 그룹은 Bell Labs가 “트랜지스터”를 발표 한 직후에 “Transistron”앰프를 발표했습니다.